عوامل موثر بر حفرات گازی و انقباضی

چگونگی ایجاد مک های گازی:

گازها در حالت مذاب نسبت به حالت جامد انحلال بیشتری در فلزات دارند.با کاهش درجه حرارت گازهای حل شده در مذاب(به صورت اتمی)به تدریج از حالت اتمی خارج می شوند وبه صورت مولکولی(حباب)در می آیند.در این صورت گازهای مولکولی آرام آرام از سطح مذاب خارج می شوند.سرعت خروج حباب های گازی ایجاد شده به عوامل مختلفی بستگی دارد که از آن جمله گرانروی مذاب اندازه حباب وشکل وعمق پاتیل را می توان نام برد.
بدیهی است با کاهش درجه حرارت گرانروی مذاب افزایش می یابد.در نتیجه سرعت خروج حباب های گازی به تدریج کاهش می یابد.با شروع انجماد مذاب دو مشکل مهم در خروج حباب های گازی ایجاد می شود:

• الف- اختلاف حلالیت در حالت مذاب وجامد:در بسیاری از فلزات وآلیاژها اختلاف حلالیت گازها در حالت جامدومذاب بسیار زیاد است.بدیهی است در هنگام انجمادگازهای زیادی از حالت اتمی (انحلال)به حالت مولکولی تبدیل می گردند به گونه ای که به ناگاه مقدار این تحول به چندین برابر افزایش می یابد.به عبارت ساده تر در یک فاصله زمانی کوتاه مقادیر زیادی از گازهای حل شده به حباب های گازی تبدیل می شوند.
• ب- محبوس شدن حباب ها: اگر فرض شود که حباب های گازی ایجاد شده در هنگام انجماد(دامنه انجماد)بتوانند از مذاب خارج شوند در این صورت مشکلی به نام مک وتخلخل گازی در قطعات ریختگی وجود ندارد.اما در عمل به دلیل افزایش گرانروی مذاب ونیز وجود هسته های جامد به طور جدی حرکت حباب های گازی با مشکل مواجه می شوند وبه عبارت دیگر حباب های گازی در لابلای ذرات جامد محبوس می شوند.

عوامل موثر بر میزان مک های گازی:

1. مقدار اختلاف حلالیت گاز در حالت جامد و مذاب
2. نوع انجماد
3. سرعت سرد کردن مذاب
4. آخال ها(ناخالصیها)
5. عناصر آلیاژی
6. سیستم راهگاهی
7. شکل اندازه و وزن قطعه

مکانیزم تشکیل حفره های گازی و انقباضی:

حفره های انقباضی:

اکثر فلزات در هنگام انجماد دچار کاهش حجم می گردند.به عنوان مثال آلومینیوم خالص دارای 14-7% انقباض ضمن انجماد است.این کاهش حجم باید بگونه ای جبران گردد.در صورتی که مذاب اضافی وجود نداشته باشد به ناچار در قطعه حفره ای بوجود خواهد آمد که به آن حفره انقباضی می گویند که خود بنابر عوامل گوناگون از جمله مدل انجماد به دو دسته متمرکز وپراکنده تقسیم می شوند.
حفره انقباضی متمرکز معمولا در آلیاژهای دامنه انجماد کوتاه مشاهده می شود.در این حالت از آنجائیکه جبهه انجماد همواره برقرار بوده وتفکیک اصولی بین مناطق جامدومایع امکانپذیر است کسری های ناشی از انقباض برای قسمت های جامد توسط مذاب مقابل فصل مشترک تامین می شود وانقباض در مناطق گرم متمرکز می گردد.
حفره های انقباضی پراکنده معمولا در آلیاژهای دارای دامنه انجماد بلند به چشم می خورد.در این آلیاژها حد فاصل هندسی مشخصی بین مایع وجامد وجود ندارد وکسری های ناشی از انقباض به طور پراکنده در سراسر قطعه پخش شده وفقط قسمتی از آن در مناطق ضخیم وانتهایی به صورت متمرکز باقی می ماند.

حفره های گازی:

عموما گازها در فلزات مذاب نسبت به حالت جامد دارای حلالیت بیشتری هستند.بنابراین در حین انجماد گاز حل شده به صورت فوق اشباع در مذاب در آمده ودر صورت وجود جوانه مناسب برای ایجاد تخلخل در مذاب وجود نداشته باشد این گازبه صورت فوق اشباع در ساختار جامد باقی خواهد ماند.
حلالیت هیدروژن در مذاب آلیاژهای آلومینیوم cc/100gr69/. ودرجامد درحدود cc/100gr 03/0 می باشد.از طرفی سرعت نفوذ آن در مذاب آلومینیوم نیز بالاست.از این روتقریبا تنها گازی است که در بوجود آمدن حفره های گازی در آلومینیوم موثر است.

نتایج:

در نمونه گاززدایی نشده هیچ گونه مک و حفره مشاهده نشد. همانطور که از شکل الف پیداست هیچ گونه حفره یا ریز مک دیده نمی شود.
در نمونه گاززدایی شده حفره بزرگی در سطح بیشترین ضخامت قطعه مشاهده می شود. علت وجود حفره این می تواند باشد که چون قالب مورد استفاده برای ریخته گری نمونه های آزمایشی ماسه تر می باشد احتمال دارد که رطوبت موجود در ماسه در هنگام تماس با مذاب بخار شده و حفره ای در سطح قطعه بوجود آورده است.
در کل حفره موجود در سطح قطعه گاززدایی شده منشا گازی دارد زیرا در نمونه گاززدایی نشده حفره انقباضی وجود ندارد یعنی اینکه سیستم تغذیه گذاری مناسب بوده است و همچنین دمای بارریزی هر دو نمونه یکسان می باشد.با این اوصاف حفره موجود در سطح نمونه گاززدایی شده نمی تواند منشا انقباضی داشته باشد.